下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議ＩＰＶ６

岳海峰　杜雪蓮

摘要：IPV6是下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，它由IPV6包頭、擴(kuò)展包頭和上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元組成；有更大的地址空間，簡(jiǎn)潔的數(shù)據(jù)報(bào)頭，更高的安全性，更方便的自動(dòng)配置等特性和優(yōu)勢(shì)；具有廣泛的應(yīng)用；目前處于IPV4到IPV6的過(guò)渡階段。

關(guān)鍵詞：IPV6；互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議；協(xié)議數(shù)據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）05-0172-02

IPV6是IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組，Internet Engineering Task Force）設(shè)計(jì)的用于替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPV4）的下一代IP協(xié)議。它是Internet Protocol Version 6的縮寫(xiě)，其中Internet Protocol譯為“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”。

現(xiàn)在我們使用的是第二代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議—IPV4，它的最大問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)地址的資源有限，據(jù)預(yù)測(cè)，幾年以后它的地址將被耗盡。IPV6就是在這種背景下出現(xiàn)的，其特性包括：更大的地址空間；嚴(yán)格的繼承性編址方式，更加容易實(shí)現(xiàn)地址的聚合；簡(jiǎn)潔的數(shù)據(jù)報(bào)頭；提供更好的服務(wù)質(zhì)量；強(qiáng)制安全協(xié)議ipsec；“即插即用”的地址自動(dòng)配置；更為靈活的組播方式；更好的擴(kuò)展性。

一、IPv6的組成

IPV6包由IPV6包頭、擴(kuò)展包頭和上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元三部分組成。

IPV6包頭長(zhǎng)度固定為40字節(jié)，去掉了IPV4中一切可選項(xiàng)，只包括8個(gè)必要的字段，因此盡管IPV6地址長(zhǎng)度為IPV4的四倍，IPV6包頭長(zhǎng)度僅為IPV4包頭長(zhǎng)度的兩倍。

IPV6包擴(kuò)展包頭中的分段包頭中指名了IPV6包的分段情況。其中不可分段部分包括：IPV6包頭、Hop-by-Hop選項(xiàng)包頭、目的地選項(xiàng)包頭和路由包頭；可分段部分包括：認(rèn)證包頭、ESP協(xié)議包頭、目的地選項(xiàng)包頭等。

通常，一個(gè)典型的IPV6包，沒(méi)有擴(kuò)展頭。僅當(dāng)需要路由器或目的節(jié)點(diǎn)做某些特殊處理時(shí)，才由發(fā)送方添加一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展頭。與IPV4不同，IPV6擴(kuò)展頭長(zhǎng)度任意，不受40字節(jié)限制，以便于日后擴(kuò)充新增選項(xiàng)，這一特征加上選項(xiàng)的處理方式使得IPV6選項(xiàng)能得以真正的利用。

二、IPV6編址方案

基本的IPV6地址頭遠(yuǎn)比IPV4地址頭簡(jiǎn)單得多。每個(gè)地址頭都包含數(shù)據(jù)包的源和目的地址、有效載荷長(zhǎng)度、跳數(shù)限制和一個(gè)指示封裝在數(shù)據(jù)包中的協(xié)議的域。

兩種協(xié)議的主要不同出現(xiàn)在地址空間的長(zhǎng)度和它們的編排上。IPV6地址的長(zhǎng)度是IPV4地址長(zhǎng)度的4倍。為了簡(jiǎn)化IPV6地址的使用，用“:”來(lái)劃分16位16進(jìn)制域的方法來(lái)表示，如，5efd:327:165d:2:5f0:17fd:dfa8:14e2。

不同的尋址方案是由地址區(qū)段的高效位所定義和識(shí)別的。最流行的方案將地址分成兩半：64位用于網(wǎng)絡(luò)，64位用于每個(gè)設(shè)備。高64位由用于RIR（區(qū)域Internet注冊(cè)機(jī)構(gòu)）的32位、用于本地Internet注冊(cè)機(jī)構(gòu)或ISP的16位以及用于地址所屬站點(diǎn)的16位構(gòu)成。每個(gè)站點(diǎn)提供最多65536臺(tái)設(shè)備的地址。

但是與IPV4一樣，IPV6一樣會(huì)造成大量的IP地址浪費(fèi)。準(zhǔn)確的說(shuō)，使用IPV6的網(wǎng)絡(luò)并沒(méi)有2128-1個(gè)能充分利用的地址。首先，要實(shí)現(xiàn)IP地址的自動(dòng)配置，局域網(wǎng)所使用的子網(wǎng)的前綴必須等于64，但是很少有一個(gè)局域網(wǎng)能容納264個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端；其次，由于IPV6的地址分配必須遵循聚類(lèi)的原則，地址的浪費(fèi)在所難免。

三、Ipv6的優(yōu)勢(shì)

與IPV4相比，IPV6具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

IPV6具有更大的地址空間：IPV6產(chǎn)生的初衷主要是針對(duì)IPv4地址短缺問(wèn)題，IPV4中規(guī)定IP地址長(zhǎng)度為32，即有232-1個(gè)地址；而IPV6中IP地址的長(zhǎng)度為128，即有2128-1個(gè)地址，幾乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPV6實(shí)際可分配的地址，整個(gè)地球每平方米面積上可分配1000多個(gè)地址。另外，IPV6的應(yīng)用也進(jìn)一步增加了地址應(yīng)用的擴(kuò)展性。

IPV6處理效率高：IPV6使用比IPV4更小的路由表，它的地址分配一開(kāi)始就遵循聚類(lèi)（Aggregation）的原則，這就使得路由器能在路由表中用一條記錄（Entry）表示一片子網(wǎng)，從而大大減小了路由器中路由表的長(zhǎng)度，進(jìn)而提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。

IPV6即插即用的易管理性：IPV6加入了對(duì)自動(dòng)配置（Auto Configuration）的支持。這是對(duì)DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，使得對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理更加方便和快捷。IPV6 支持以下類(lèi)型的自動(dòng)配置：

1.全狀態(tài)自動(dòng)配置：它需要某種程度的人為干預(yù)，因?yàn)樗枰獎(jiǎng)討B(tài)主機(jī)配置協(xié)議來(lái)用于IPV6 （DHCPv6）服務(wù)器，以便用于節(jié)點(diǎn)的安裝和管理。

2.無(wú)狀態(tài)自動(dòng)配置：每一主機(jī)根據(jù)接收的路由器廣告的內(nèi)容確定其地址。通過(guò)使用IEEE EUI-64 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義地址的網(wǎng)絡(luò)ID 部分，可以合理假定該主機(jī)地址在鏈路上是唯一的。

IPV6具有更高的安全性：在IPV6網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對(duì)IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，極大的增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。病毒和互聯(lián)網(wǎng)蠕蟲(chóng)是最讓人頭疼的網(wǎng)絡(luò)攻擊行為。但這種傳播方式在IPV6的網(wǎng)絡(luò)中就不再適用了，因?yàn)镮PV6的地址空間實(shí)在是太大了，如果這些病毒或者蠕蟲(chóng)還想通過(guò)掃描地址段的方式來(lái)找到有可乘之機(jī)的其他主機(jī)，就猶如大海撈針。在IPV6的世界中，對(duì)IPV6網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行類(lèi)似IPV4的按照IP地址段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)偵察是不可能了。IPV6具有更大的地址空間：IPV4中規(guī)定IP地址長(zhǎng)度為32，即有232-1個(gè)地址；而IPV6中IP地址的長(zhǎng)度為128，即有2128-1個(gè)地址。

QoS考慮：新增流標(biāo)記域，為源宿端快速處理實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供可能，有利于低性能的業(yè)務(wù)終端支持IPV6的語(yǔ)音、視頻等應(yīng)用。

可以說(shuō)，IPV6的上述優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)充分迎合了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：向IP融合統(tǒng)一的發(fā)展方向。從另一方面來(lái)說(shuō)，IPV6也提升了IP網(wǎng)絡(luò)的可運(yùn)營(yíng)可管理性。

四、IPV4到IPV6的過(guò)渡技術(shù)

Internet的規(guī)模太大了，涉及的用戶(hù)太多了，這使得IPV4到IPV6的過(guò)渡不可能一次性實(shí)現(xiàn)，必須是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，為此，出現(xiàn)了以下幾種解決方法:

雙棧策略：實(shí)現(xiàn)IPV6結(jié)點(diǎn)與IPV4結(jié)點(diǎn)互通的最簡(jiǎn)單的方式是在IPV6結(jié)點(diǎn)中加入IPV4協(xié)議棧。使之成為具有雙協(xié)議棧的結(jié)點(diǎn)，這被稱(chēng)作“IPV6/V4結(jié)點(diǎn)”，這些結(jié)點(diǎn)既可以收發(fā)IPv4分組，也可以收發(fā)IPV6分組。從而實(shí)現(xiàn)了IPV4與IPV6結(jié)點(diǎn)互通。

隧道技術(shù)：IPV6網(wǎng)絡(luò)和IPV4網(wǎng)絡(luò)由于協(xié)議不同而無(wú)法連通，為此，開(kāi)發(fā)了隧道技術(shù)。在IPV6網(wǎng)絡(luò)與IPV4網(wǎng)絡(luò)間的隧道入口處，路由器將IPV6的數(shù)據(jù)分組封裝入IPV4中，IPV4分組的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的IPV4地址。在隧道的出口處再將IPV6分組取出轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。

五、Ipv6的廣泛應(yīng)用及前景展望

3G時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，為了滿(mǎn)足永遠(yuǎn)在線(xiàn)的需要，每一個(gè)要接入Internet的移動(dòng)設(shè)備都需要兩個(gè)IP地址來(lái)實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接，本地網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)靜態(tài)IP地址，連接點(diǎn)分配第二個(gè)IP地址用于漫游。這些都需要大量的IP地址。

經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)了個(gè)人電子設(shè)備的發(fā)展，使用戶(hù)對(duì)電子設(shè)備的需求有了很大提高，手機(jī)、PDA、智能手機(jī)等終端越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到了人們的生活當(dāng)中，而且使用的數(shù)量也越來(lái)越大，這些終端由于需要聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而要占用大量的IP地址。這也正是IPV4向IPV6發(fā)展的一個(gè)強(qiáng)大的動(dòng)因。

思科（中國(guó)）技術(shù)總監(jiān)劉永春表達(dá)了這樣的觀點(diǎn)：“WLAN、3G等都是發(fā)展中的技術(shù)，如果不做3G，我們也許可以跳到4G、5G，也許可以找到別的方式，還可以活的不錯(cuò)。但只要互聯(lián)網(wǎng)存在，還在繼續(xù)發(fā)展，就必須走IPV6，這是惟一的一條路?！毕嘈旁诓痪玫膶?lái)，我們就會(huì)進(jìn)入到一個(gè)IPV6的嶄新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。

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作者簡(jiǎn)介：岳海峰（1980- ），男，河北秦皇島人，河北外國(guó)語(yǔ)職業(yè)學(xué)院助教，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；杜雪蓮，河北秦皇島人，河北外國(guó)語(yǔ)職業(yè)學(xué)院助教。